Μπορείς να εξηγήσεις τις διαφορές και ομοιότητες μεταξύ ηλεκτρικών πεδίων, μαγνητικών πεδίων και βαρυτικών πεδίων;

Υπάρχουν και διαφορές και ομοιότητες μεταξύ ηλεκτρικών πεδίων, μαγνητικών πεδίων και βαρυτικών πεδίων.

I. Διαφορές

Διαφορετικοί πηγές γενέσεως

Ηλεκτρικό πεδίο: Γεννάται από σταθερά ή κινούμενα φορτία. Για παράδειγμα, ένα μεταλλικό μπάλα με θετικό φορτίο θα γεννήσει ηλεκτρικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο. Το θετικό φορτίο θα ελκύσει αρνητικά φορτία και θα απωθήσει θετικά φορτία στην περιοχή του.

Μαγνητικό πεδίο: Γεννάται από κινούμενα φορτία (ρεύματα) ή μόνιμα μαγνήτη. Για παράδειγμα, ένας ευθύς ηλεκτροδότης με ρεύμα που διαρρέει τον θα γεννήσει κυκλικό μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτόν. Ένα σπείρα με ρεύμα που διαρρέει τον θα γεννήσει επίσης σχετικά ισχυρό μαγνητικό πεδίο.

Βαρυτικό πεδίο: Γεννάται από αντικείμενα με μάζα. Η γη είναι ένας τεράστιος πηγής βαρυτικών πεδίων. Οποιοδήποτε αντικείμενο στη γη θα υπόκειται στη βαρυτική δύναμη της γης.

Διαφορετικές βασικές ιδιότητες

Ιδιότητες της δύναμης του μαγνητικού πεδίου: Το μαγνητικό πεδίο ασκεί δύναμη σε κινούμενα φορτία ή ρεύματα. Αυτή η δύναμη ονομάζεται δύναμη Lorentz ή δύναμη Ampere. Δύναμη Lorentz F=qvB sin #(όπου q είναι το φορτίο, v είναι το ρυθμό του φορτίου, B είναι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου, και # είναι ο γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης του ρυθμού και της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου).

Δύναμη Ampere F=BIL sin# (όπου I είναι η ένταση του ρεύματος και L είναι το μήκος του ηλεκτροδότη). Η κατεύθυνση της δύναμης του μαγνητικού πεδίου σχετίζεται με την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου και την κατεύθυνση της κίνησης (ή την κατεύθυνση του ρεύματος), και μπορεί να κριθεί με τον κανόνα της αριστερής χειρός.

Ιδιότητες της βαρύτητας: Η βαρύτητα είναι μια συνιστώσα της βαρυτικής δύναμης μεταξύ δύο αντικειμένων. Η κατεύθυνση της βαρύτητας είναι πάντα κάθετα κάτω. Η μέγεθος της βαρύτητας G= mg(όπου m είναι η μάζα του αντικειμένου και g είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας).

Διαφορετικές χαρακτηριστικές πεδίων

Ηλεκτρικό πεδίο: Οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου είναι εικονικές γραμμές που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν την κατεύθυνση και την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου. Οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου ξεκινούν από θετικά φορτία και τελειώνουν σε αρνητικά φορτία ή στο άπειρο. Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου είναι ένα διάνυσμα που αντικατοπτρίζει την ισχύ και την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Για παράδειγμα, στο ηλεκτρικό πεδίο που γεννάται από ένα σημειακό φορτίο, η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου E=kQ/r*r (όπου k είναι η ηλεκτροστατική σταθερά, Q είναι το φορτίο του πηγαίου φορτίου, και r είναι η απόσταση από το πηγαίο φορτίο).

Μαγνητικό πεδίο: Οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής είναι επίσης εικονικές γραμμές που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν την κατεύθυνση και την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής είναι κλειστές καμπύλες. Εκτός, ξεκινούν από τη βόρεια πόλη και επιστρέφουν στη νότια πόλη. Μέσα, πηγαίνουν από τη νότια πόλη προς τη βόρεια πόλη. Η ισχύς της μαγνητικής επαγωγής είναι επίσης ένα διάνυσμα που αντικατοπτρίζει την ισχύ και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Για παράδειγμα, γύρω από έναν μακρύ ευθύ ηλεκτροδότη με ρεύμα που διαρρέει τον, η ισχύς της μαγνητικής επαγωγής B=u0I/2Πr (όπου u0 είναι η μαγνητική μεταβατικότητα του κενού, I είναι η ένταση του ρεύματος, και r είναι η απόσταση από τον ηλεκτροδότη).

Βαρυτικό πεδίο: Οι γραμμές του βαρυτικού πεδίου είναι στην πραγματικότητα οι κατευθύνσεις της βαρύτητας, πάντα δείχνοντας κάθετα κάτω προς το κέντρο της γης. Η βαρυτική επιτάχυνση είναι ένα διάνυσμα που αντικατοπτρίζει την ισχύ του βαρυτικού πεδίου. Το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης είναι ελαφρώς διαφορετικό σε διαφορετικές θέσεις στην επιφάνεια της γης.

II. Ομοιότητες

Εξιστούν στη μορφή πεδίων

Τα ηλεκτρικά πεδία, τα μαγνητικά πεδία και τα βαρυτικά πεδία είναι όλα αθέατα και αφανή, αλλά μπορούν όλα να ασκήσουν δύναμη σε αντικείμενα μέσα τους. Μεταδίδουν τη δύναμη μέσω της μορφής πεδίων στο χώρο χωρίς να επικαλύπτουν άμεσα τα αντικείμενα. Για παράδειγμα, ένα φορτίο σε ένα ηλεκτρικό πεδίο θα υπόκειται στη δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου, ένα μάγνητο σε ένα μαγνητικό πεδίο θα υπόκειται στη δύναμη του μαγνητικού πεδίου, και ένα αντικείμενο σε ένα βαρυτικό πεδίο θα υπόκειται στη βαρυτική δύναμη.

Οι ισχύες των πεδίων είναι όλες διανύσματα

Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου, η ισχύς της μαγνητικής επαγωγής και η βαρυτική επιτάχυνση είναι όλες διανύσματα. Έχουν και μέγεθος και κατεύθυνση. Κατά την υπολογισμό της δύναμης του πεδίου σε ένα αντικείμενο, πρέπει να ληφθεί υπόψη η κατεύθυνση της ισχύος του πεδίου. Για παράδειγμα, κατά την υπολογισμό της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου, της δύναμης του μαγνητικού πεδίου και της βαρύτητας, πρέπει να καθοριστεί η κατεύθυνση της δύναμης σύμφωνα με την κατεύθυνση της ισχύος του πεδίου και τις ιδιότητες του αντικειμένου.

Ακολουθούν συγκεκριμένες φυσικές νόμιμες

Τα ηλεκτρικά πεδία, τα μαγνητικά πεδία και τα βαρυτικά πεδία ακολουθούν όλα μερικούς βασικούς φυσικούς νόμους. Για παράδειγμα, ο νόμος του Coulomb περιγράφει τη σχέση μεταξύ της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ δύο σημειακών φορτίων και του φορτίου και της απόστασης; ο νόμος του Biot-Savart περιγράφει τη σχέση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από ένα στοιχείο ρεύματος και του ρεύματος, της απόστασης και της γωνίας; ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας περιγράφει τη σχέση μεταξύ της βαρύτητας μεταξύ δύο αντικειμένων και της μάζας και της απόστασης. Αυτοί οι νόμοι είναι σημαντικές βάσεις της φυσικής και αποκαλύπτουν την ουσία και τους νόμους δράσης των πεδίων.